సిలికాన్ కార్బైడ్ సూక్ష్మ పదార్ధాలు

సిలికాన్ కార్బైడ్ సూక్ష్మ పదార్ధాలు

సిలికాన్ కార్బైడ్ నానో మెటీరియల్స్ (SiC నానో మెటీరియల్స్) వీటిని కలిగి ఉండే పదార్థాలను సూచిస్తాయిసిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC)త్రీ-డైమెన్షనల్ స్పేస్‌లో నానోమీటర్ స్కేల్‌లో (సాధారణంగా 1-100nmగా నిర్వచించబడుతుంది) కనీసం ఒక డైమెన్షన్‌తో. సిలికాన్ కార్బైడ్ సూక్ష్మ పదార్ధాలను వాటి నిర్మాణం ప్రకారం సున్నా-డైమెన్షనల్, వన్-డైమెన్షనల్, టూ-డైమెన్షనల్ మరియు త్రీ-డైమెన్షనల్ స్ట్రక్చర్‌లుగా వర్గీకరించవచ్చు.

జీరో-డైమెన్షనల్ నానోస్ట్రక్చర్స్ప్రధానంగా ఘన నానోక్రిస్టల్స్, బోలు నానోస్పియర్‌లు, బోలు నానోకేజ్‌లు మరియు కోర్-షెల్ నానోస్పియర్‌లతో సహా అన్ని కొలతలు నానోమీటర్ స్కేల్‌లో ఉండే నిర్మాణాలు.

ఒక డైమెన్షనల్ నానోస్ట్రక్చర్‌లుత్రీ-డైమెన్షనల్ స్పేస్‌లో నానోమీటర్ స్కేల్‌కు రెండు కొలతలు పరిమితం చేయబడిన నిర్మాణాలను సూచిస్తాయి. నానోవైర్లు (ఘన కేంద్రం), నానోట్యూబ్‌లు (బోలు కేంద్రం), నానోబెల్ట్‌లు లేదా నానోబెల్ట్‌లు (ఇరుకైన దీర్ఘచతురస్రాకార క్రాస్-సెక్షన్) మరియు నానోప్రిజమ్‌లు (ప్రిజం-ఆకారపు క్రాస్-సెక్షన్)తో సహా ఈ నిర్మాణం అనేక రూపాలను కలిగి ఉంది. మెసోస్కోపిక్ ఫిజిక్స్ మరియు నానోస్కేల్ డివైస్ తయారీలో దాని ప్రత్యేక అప్లికేషన్ల కారణంగా ఈ నిర్మాణం ఇంటెన్సివ్ రీసెర్చ్‌కు కేంద్రంగా మారింది. ఉదాహరణకు, ఒక డైమెన్షనల్ నానోస్ట్రక్చర్‌లలోని క్యారియర్‌లు నిర్మాణం యొక్క ఒక దిశలో మాత్రమే ప్రచారం చేయగలవు (అనగా, నానోవైర్ లేదా నానోట్యూబ్ యొక్క రేఖాంశ దిశ), మరియు నానోఎలక్ట్రానిక్స్‌లో ఇంటర్‌కనెక్ట్‌లు మరియు కీలక పరికరాలుగా ఉపయోగించవచ్చు.

రెండు డైమెన్షనల్ నానోస్ట్రక్చర్‌లు, నానో స్కేల్ వద్ద ఒక కోణాన్ని మాత్రమే కలిగి ఉంటాయి, సాధారణంగా నానోషీట్‌లు, నానోషీట్లు, నానోషీట్‌లు మరియు నానోస్పియర్‌లు వంటి వాటి పొరల సమతలానికి లంబంగా ఉంటాయి, వాటి వృద్ధి విధానంపై ప్రాథమిక అవగాహన కోసం మాత్రమే కాకుండా, వాటి సామర్థ్యాన్ని అన్వేషించడం కోసం కూడా ఇటీవల ప్రత్యేక శ్రద్ధను పొందింది. కాంతి ఉద్గారకాలు, సెన్సార్లు, సౌర ఘటాలు మొదలైన వాటిలో అప్లికేషన్లు.

త్రీ-డైమెన్షనల్ నానోస్ట్రక్చర్స్సాధారణంగా సంక్లిష్ట నానోస్ట్రక్చర్‌లు అని పిలుస్తారు, ఇవి సున్నా-డైమెన్షనల్, వన్-డైమెన్షనల్ మరియు టూ-డైమెన్షనల్‌లో (సింగిల్ క్రిస్టల్ జంక్షన్‌లతో అనుసంధానించబడిన నానోవైర్లు లేదా నానోరోడ్‌లు వంటివి) ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ ప్రాథమిక నిర్మాణ యూనిట్ల సేకరణ మరియు వాటి మొత్తం రేఖాగణిత కొలతలు ద్వారా ఏర్పడతాయి. నానోమీటర్ లేదా మైక్రోమీటర్ స్కేల్‌లో ఉంటాయి. ప్రతి యూనిట్ వాల్యూమ్‌కు అధిక ఉపరితల వైశాల్యం కలిగిన ఇటువంటి సంక్లిష్ట నానోస్ట్రక్చర్‌లు సమర్థవంతమైన కాంతి శోషణ కోసం పొడవైన ఆప్టికల్ మార్గాలు, వేగవంతమైన ఇంటర్‌ఫేషియల్ ఛార్జ్ బదిలీ మరియు ట్యూనబుల్ ఛార్జ్ రవాణా సామర్థ్యాలు వంటి అనేక ప్రయోజనాలను అందిస్తాయి. ఈ ప్రయోజనాలు త్రిమితీయ నానోస్ట్రక్చర్‌లను భవిష్యత్తులో శక్తి మార్పిడి మరియు నిల్వ అప్లికేషన్‌లలో డిజైన్‌ను అభివృద్ధి చేయడానికి వీలు కల్పిస్తాయి. 0D నుండి 3D నిర్మాణాల వరకు, అనేక రకాల సూక్ష్మ పదార్ధాలు అధ్యయనం చేయబడ్డాయి మరియు క్రమంగా పరిశ్రమ మరియు రోజువారీ జీవితంలో ప్రవేశపెట్టబడ్డాయి.

SiC సూక్ష్మ పదార్ధాల సంశ్లేషణ పద్ధతులు

జీరో-డైమెన్షనల్ మెటీరియల్‌లను హాట్ మెల్ట్ మెథడ్, ఎలెక్ట్రోకెమికల్ ఎచింగ్ మెథడ్, లేజర్ పైరోలిసిస్ మెథడ్ మొదలైన వాటి ద్వారా సంశ్లేషణ చేయవచ్చు.SiC ఘననానోక్రిస్టల్స్ కొన్ని నానోమీటర్ల నుండి పదుల నానోమీటర్ల వరకు ఉంటాయి, కానీ సాధారణంగా ఫిగర్ 1లో చూపిన విధంగా సూడో-గోళాకారంలో ఉంటాయి.

వివిధ పద్ధతుల ద్వారా తయారు చేయబడిన β-SiC నానోక్రిస్టల్స్ యొక్క మూర్తి 1 TEM చిత్రాలు

(ఎ) సాల్వోథర్మల్ సంశ్లేషణ[34]; (B) ఎలెక్ట్రోకెమికల్ ఎచింగ్ పద్ధతి[35]; (సి) థర్మల్ ప్రాసెసింగ్[48]; (d) లేజర్ పైరోలిసిస్[49]

దాసోగ్ మరియు ఇతరులు. మూర్తి 2లో చూపిన విధంగా SiO2, Mg మరియు C పౌడర్‌ల[55] మధ్య ఘన-స్థితి డబుల్ డికంపోజిషన్ రియాక్షన్ ద్వారా నియంత్రించదగిన పరిమాణం మరియు స్పష్టమైన నిర్మాణంతో సంశ్లేషణ చేయబడిన గోళాకార β-SiC నానోక్రిస్టల్స్.

మూర్తి 2 వివిధ వ్యాసాలతో గోళాకార SiC నానోక్రిస్టల్స్ యొక్క FESEM చిత్రాలు[55]

(a) 51.3 ± 5.5 nm; (B) 92.8 ± 6.6 nm; (సి) 278.3 ± 8.2 nm

SiC నానోవైర్‌లను పెంచడానికి ఆవిరి దశ పద్ధతి. SiC నానోవైర్‌లను రూపొందించడానికి గ్యాస్ ఫేజ్ సంశ్లేషణ అనేది అత్యంత పరిణతి చెందిన పద్ధతి. ఒక సాధారణ ప్రక్రియలో, తుది ఉత్పత్తిని రూపొందించడానికి రియాక్టెంట్‌లుగా ఉపయోగించే ఆవిరి పదార్థాలు బాష్పీభవనం, రసాయన తగ్గింపు మరియు వాయు ప్రతిచర్య (అధిక ఉష్ణోగ్రత అవసరం) ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడతాయి. అధిక ఉష్ణోగ్రత అదనపు శక్తి వినియోగాన్ని పెంచినప్పటికీ, ఈ పద్ధతి ద్వారా పెరిగిన SiC నానోవైర్లు సాధారణంగా అధిక స్ఫటిక సమగ్రత, స్పష్టమైన నానోవైర్లు/నానోరోడ్‌లు, నానోప్రిజమ్‌లు, నానోనీడిల్స్, నానోట్యూబ్‌లు, నానోబెల్ట్‌లు, నానోకేబుల్‌లు మొదలైనవి, మూర్తి 3లో చూపిన విధంగా ఉంటాయి.

మూర్తి 3 వన్-డైమెన్షనల్ SiC నానోస్ట్రక్చర్ల యొక్క సాధారణ స్వరూపాలు 

(a) కార్బన్ ఫైబర్‌లపై నానోవైర్ శ్రేణులు; (బి) Ni-Si బాల్స్‌పై అల్ట్రాలాంగ్ నానోవైర్లు; (సి) నానోవైర్లు; (డి) నానోప్రిజమ్స్; (ఇ) నానో వెదురు; (ఎఫ్) నానోనెడిల్స్; (జి) నానోబోన్లు; (h) నానోచైన్స్; (i) నానోట్యూబ్‌లు

SiC నానోవైర్ల తయారీకి పరిష్కార పద్ధతి. SiC నానోవైర్లను సిద్ధం చేయడానికి పరిష్కార పద్ధతి ఉపయోగించబడుతుంది, ఇది ప్రతిచర్య ఉష్ణోగ్రతను తగ్గిస్తుంది. సాపేక్షంగా తేలికపాటి ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఆకస్మిక రసాయన తగ్గింపు లేదా ఇతర ప్రతిచర్యల ద్వారా పరిష్కార దశ పూర్వగామిని స్ఫటికీకరించడం ఈ పద్ధతిలో ఉండవచ్చు. పరిష్కార పద్ధతికి ప్రతినిధులుగా, తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద SiC నానోవైర్‌లను పొందేందుకు సాల్వోథర్మల్ సంశ్లేషణ మరియు హైడ్రోథర్మల్ సంశ్లేషణ సాధారణంగా ఉపయోగించబడతాయి.

సాల్వోథర్మల్ పద్ధతులు, పల్సెడ్ లేజర్‌లు, కార్బన్ థర్మల్ తగ్గింపు, మెకానికల్ ఎక్స్‌ఫోలియేషన్ మరియు మైక్రోవేవ్ ప్లాస్మా మెరుగుపరచడం ద్వారా టూ-డైమెన్షనల్ నానోమెటీరియల్స్ తయారు చేయవచ్చు.CVD. హో మరియు ఇతరులు. మూర్తి 4లో చూపిన విధంగా నానోవైర్ పుష్పం ఆకారంలో 3D SiC నానోస్ట్రక్చర్‌ని గ్రహించారు. SEM చిత్రం పుష్పం-వంటి నిర్మాణం 1-2 μm వ్యాసం మరియు 3-5 μm పొడవును కలిగి ఉందని చూపిస్తుంది.

మూర్తి 4 త్రిమితీయ SiC నానోవైర్ పుష్పం యొక్క SEM చిత్రం

SiC సూక్ష్మ పదార్ధాల పనితీరు

SiC సూక్ష్మ పదార్ధాలు అద్భుతమైన పనితీరుతో కూడిన అధునాతన సిరామిక్ పదార్థం, ఇది మంచి భౌతిక, రసాయన, విద్యుత్ మరియు ఇతర లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది.

✔ భౌతిక లక్షణాలు

అధిక కాఠిన్యం: నానో-సిలికాన్ కార్బైడ్ యొక్క మైక్రోహార్డ్‌నెస్ కొరండం మరియు డైమండ్ మధ్య ఉంటుంది మరియు దాని యాంత్రిక బలం కొరండం కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఇది అధిక దుస్తులు నిరోధకత మరియు మంచి స్వీయ సరళత కలిగి ఉంటుంది.

అధిక ఉష్ణ వాహకత: నానో-సిలికాన్ కార్బైడ్ అద్భుతమైన ఉష్ణ వాహకతను కలిగి ఉంటుంది మరియు ఇది అద్భుతమైన ఉష్ణ వాహక పదార్థం.

తక్కువ ఉష్ణ విస్తరణ గుణకం: ఇది నానో-సిలికాన్ కార్బైడ్ అధిక ఉష్ణోగ్రత పరిస్థితుల్లో స్థిరమైన పరిమాణం మరియు ఆకృతిని నిర్వహించడానికి అనుమతిస్తుంది.

అధిక నిర్దిష్ట ఉపరితల వైశాల్యం: సూక్ష్మ పదార్ధాల లక్షణాలలో ఒకటి, దాని ఉపరితల కార్యాచరణ మరియు ప్రతిచర్య పనితీరును మెరుగుపరచడానికి ఇది అనుకూలంగా ఉంటుంది.

✔ రసాయన లక్షణాలు

రసాయన స్థిరత్వం: నానో-సిలికాన్ కార్బైడ్ స్థిరమైన రసాయన లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది మరియు వివిధ వాతావరణాలలో దాని పనితీరును మార్చకుండా నిర్వహించగలదు.

యాంటీఆక్సిడేషన్: ఇది అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఆక్సీకరణను నిరోధించగలదు మరియు అద్భుతమైన అధిక ఉష్ణోగ్రత నిరోధకతను ప్రదర్శిస్తుంది.

✔విద్యుత్ లక్షణాలు

అధిక బ్యాండ్‌గ్యాప్: అధిక బ్యాండ్‌గ్యాప్ అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ, అధిక-శక్తి మరియు తక్కువ-శక్తి ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలను తయారు చేయడానికి ఆదర్శవంతమైన పదార్థంగా చేస్తుంది.

అధిక ఎలక్ట్రాన్ సంతృప్త చలనశీలత: ఇది ఎలక్ట్రాన్ల వేగవంతమైన ప్రసారానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది.

✔ఇతర లక్షణాలు

బలమైన రేడియేషన్ నిరోధకత: ఇది రేడియేషన్ వాతావరణంలో స్థిరమైన పనితీరును నిర్వహించగలదు.

మంచి యాంత్రిక లక్షణాలు: ఇది అధిక సాగే మాడ్యులస్ వంటి అద్భుతమైన యాంత్రిక లక్షణాలను కలిగి ఉంది.

SiC సూక్ష్మ పదార్ధాల అప్లికేషన్

ఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు సెమీకండక్టర్ పరికరాలు: దాని అద్భుతమైన ఎలక్ట్రానిక్ లక్షణాలు మరియు అధిక-ఉష్ణోగ్రత స్థిరత్వం కారణంగా, నానో-సిలికాన్ కార్బైడ్ అధిక-శక్తి ఎలక్ట్రానిక్ భాగాలు, అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ పరికరాలు, ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ భాగాలు మరియు ఇతర రంగాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది. అదే సమయంలో, ఇది సెమీకండక్టర్ పరికరాల తయారీకి అనువైన పదార్థాలలో ఒకటి.

ఆప్టికల్ అప్లికేషన్లు: నానో-సిలికాన్ కార్బైడ్ విస్తృత బ్యాండ్‌గ్యాప్ మరియు అద్భుతమైన ఆప్టికల్ లక్షణాలను కలిగి ఉంది మరియు అధిక-పనితీరు గల లేజర్‌లు, LED లు, ఫోటోవోల్టాయిక్ పరికరాలు మొదలైన వాటిని తయారు చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు.

యాంత్రిక భాగాలు: నానో-సిలికాన్ కార్బైడ్ దాని అధిక కాఠిన్యం మరియు దుస్తులు నిరోధకతను సద్వినియోగం చేసుకుంటూ, అధిక-వేగం కట్టింగ్ టూల్స్, బేరింగ్‌లు, మెకానికల్ సీల్స్ మొదలైన యాంత్రిక భాగాల తయారీలో విస్తృత శ్రేణి అనువర్తనాలను కలిగి ఉంది, ఇది దుస్తులను బాగా మెరుగుపరుస్తుంది. భాగాల నిరోధకత మరియు సేవ జీవితం.

నానోకంపోజిట్ పదార్థాలు: మెకానికల్ లక్షణాలు, ఉష్ణ వాహకత మరియు పదార్థం యొక్క తుప్పు నిరోధకతను మెరుగుపరచడానికి నానో-సిలికాన్ కార్బైడ్‌ను ఇతర పదార్థాలతో కలిపి నానోకంపొజిట్‌లను ఏర్పరచవచ్చు. ఈ నానోకంపొజిట్ పదార్థం ఏరోస్పేస్, ఆటోమోటివ్ పరిశ్రమ, శక్తి క్షేత్రం మొదలైన వాటిలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది.

అధిక ఉష్ణోగ్రత నిర్మాణ పదార్థాలు: నానోసిలికాన్ కార్బైడ్అద్భుతమైన అధిక ఉష్ణోగ్రత స్థిరత్వం మరియు తుప్పు నిరోధకతను కలిగి ఉంటుంది మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రత వాతావరణంలో ఉపయోగించవచ్చు. అందువల్ల, ఇది ఏరోస్పేస్, పెట్రోకెమికల్, మెటలర్జీ మరియు తయారీ వంటి ఇతర రంగాలలో అధిక ఉష్ణోగ్రత నిర్మాణ పదార్థంగా ఉపయోగించబడుతుంది.అధిక ఉష్ణోగ్రత ఫర్నేసులు, కొలిమి గొట్టాలు, ఫర్నేస్ లైనింగ్, మొదలైనవి.

ఇతర అప్లికేషన్లు: నానో సిలికాన్ కార్బైడ్ హైడ్రోజన్ నిల్వ, ఫోటోకాటాలిసిస్ మరియు సెన్సింగ్‌లో కూడా ఉపయోగించబడుతుంది, ఇది విస్తృత అప్లికేషన్ అవకాశాలను చూపుతుంది.